В окислительно-восстановительных реакциях органические вещества чаще проявляют свойства восстановителей, а сами окисляются. Легкость окисления органических соединений зависит от доступности электронов при взаимодействии с окислителем. Все известные факторы, вызывающие увеличение электронной плотности в молекулах органических соединений (например, положительные индуктивный и мезомерные эффекты), будут повышать их способность к окислению и наоборот.

Склонность органических соединений к окислению возрастает с ростом их нуклеофильности , что соответствует следующим рядам:

Рост нуклеофильности в ряду

Рассмотрим окислительно-восстановительные реакции представителей важнейших классов органических веществ с некоторыми неорганическими окислителями.

Окисление алкенов

При мягком окислении алкены превращаются в гликоли (двухатомные спирты). Атомы-восстановители в этих реакциях – атомы углерода, связанные двойной связью.

Реакция с раствором перманганата калия протекает в нейтральной или слабо щелочной среде следующим образом:

3C 2 H 4 + 2KMnO 4 + 4H 2 O → 3CH 2 OH–CH 2 OH + 2MnO 2 + 2KOH

В более жестких условиях окисление приводит к разрыву углеродной цепи по двойной связи и образованию двух кислот (в сильно щелочной среде – двух солей) или кислоты и диоксида углерода (в сильно щелочной среде – соли и карбоната):

1) 5CH 3 CH=CHCH 2 CH 3 + 8KMnO 4 + 12H 2 SO 4 → 5CH 3 COOH + 5C 2 H 5 COOH + 8MnSO 4 + 4K 2 SO 4 + 17H 2 O

2) 5CH 3 CH=CH 2 + 10KMnO 4 + 15H 2 SO 4 → 5CH 3 COOH + 5CO 2 + 10MnSO 4 + 5K 2 SO 4 + 20H 2 O

3) CH 3 CH=CHCH 2 CH 3 + 8KMnO 4 + 10KOH → CH 3 COOK + C 2 H 5 COOK + 6H 2 O + 8K 2 MnO 4

4) CH 3 CH=CH 2 + 10KMnO 4 + 13KOH → CH 3 COOK + K 2 CO 3 + 8H 2 O + 10K 2 MnO 4

Дихромат калия в сернокислотной среде окисляет алкены аналогично реакциям 1 и 2.

При окислении алкенов, в которых атомы углерода при двойной связи содержат по два углеродных радикала, происходит образование двух кетонов:

Окисление алкинов

Алкины окисляются в несколько более жестких условиях, чем алкены, поэтому они обычно окисляются с разрывом углеродной цепи по тройной связи. Как и в случае алкенов, атомы-восстановители здесь – атомы углерода, связанные кратной связью. В результате реакций образуются кислоты и диоксид углерода. Окисление может быть проведено перманганатом или дихроматом калия в кислотной среде, например:

5CH 3 C≡CH + 8KMnO 4 + 12H 2 SO 4 → 5CH 3 COOH + 5CO 2 + 8MnSO 4 + 4K 2 SO 4 + 12H 2 O

Ацетилен может быть окислен перманганатом калия в нейтральной среде до оксалата калия:

3CH≡CH +8KMnO 4 → 3KOOC –COOK +8MnO 2 +2КОН +2Н 2 О

В кислотной среде окисление идет до щавелевой кислоты или углекислого газа:

5CH≡CH +8KMnO 4 +12H 2 SO 4 → 5HOOC –COOH +8MnSO 4 +4К 2 SO 4 +12Н 2 О
CH≡CH + 2KMnO 4 +3H 2 SO 4 → 2CO 2 + 2MnSO 4 + 4H 2 O + K 2 SO 4

Окисление гомологов бензола

Бензол не окисляется даже в довольно жестких условиях. Гомологи бензола могут быть окислены раствором перманганата калия в нейтральной среде до бензоата калия:

C 6 H 5 CH 3 +2KMnO 4 → C 6 H 5 COOK + 2MnO 2 + KOH + H 2 O

C 6 H 5 CH 2 CH 3 + 4KMnO 4 → C 6 H 5 COOK + K 2 CO 3 + 2H 2 O + 4MnO 2 + KOH

Окисление гомологов бензола дихроматом или перманганатом калия в кислотной среде приводит к образованию бензойной кислоты.

5С 6 Н 5 СН 3 +6КMnO 4 +9 H 2 SO 4 → 5С 6 Н 5 СООН+6MnSO 4 +3K 2 SO 4 + 14H 2 O

5C 6 H 5 –C 2 H 5 + 12KMnO 4 + 18H 2 SO 4 → 5C 6 H 5 COOH + 5CO 2 + 12MnSO 4 + 6K 2 SO 4 + 28H 2 O

Окисление спиртов

Непосредственным продуктом окисления первичных спиртов являются альдегиды, а вторичных – кетоны.

Образующиеся при окислении спиртов альдегиды легко окисляются до кислот, поэтому альдегиды из первичных спиртов получают окислением дихроматом калия в кислотной среде при температуре кипения альдегида. Испаряясь, альдегиды не успевают окислиться.

3C 2 H 5 OH + K 2 Cr 2 O 7 + 4H 2 SO 4 → 3CH 3 CHO + K 2 SO 4 + Cr 2 (SO 4) 3 + 7H 2 O

С избытком окислителя (KMnO 4 , K 2 Cr 2 O 7) в любой среде первичные спирты окисляются до карбоновых кислот или их солей, а вторичные – до кетонов.

5C 2 H 5 OH + 4KMnO 4 + 6H 2 SO 4 → 5CH 3 COOH + 4MnSO 4 + 2K 2 SO 4 + 11H 2 O

3CH 3 –CH 2 OH + 2K 2 Cr 2 O 7 + 8H 2 SO 4 → 3CH 3 –COOH + 2K 2 SO 4 + 2Cr 2 (SO 4) 3 + 11H 2 O

Третичные спирты в этих условиях не окисляются, а метиловый спирт окисляется до углекислого газа.

Двухатомный спирт, этиленгликоль HOCH 2 –CH 2 OH, при нагревании в кислой среде с раствором KMnO 4 или K 2 Cr 2 O 7 легко окисляется до щавелевой кислоты, а в нейтральной – до оксалата калия.

5СН 2 (ОН) – СН 2 (ОН) + 8КMnO 4 +12H 2 SO 4 → 5HOOC –COOH +8MnSO 4 +4К 2 SO 4 +22Н 2 О

3СН 2 (ОН) – СН 2 (ОН) + 8КMnO 4 → 3KOOC –COOK +8MnO 2 +2КОН +8Н 2 О

Окисление альдегидов и кетонов

Альдегиды – довольно сильные восстановители, и поэтому легко окисляются различными окислителями, например: KMnO 4 , K 2 Cr 2 O 7 , OH, Cu(OH) 2 . Все реакции идут при нагревании:

3CH 3 CHO + 2KMnO 4 → CH 3 COOH + 2CH 3 COOK + 2MnO 2 + H 2 O

3CH 3 CHO + K 2 Cr 2 O 7 + 4H 2 SO 4 → 3CH 3 COOH + Cr 2 (SO 4) 3 + 7H 2 O

CH 3 CHO + 2KMnO 4 + 3KOH → CH 3 COOK + 2K 2 MnO 4 + 2H 2 O

5CH 3 CHO + 2KMnO 4 + 3H 2 SO 4 → 5CH 3 COOH + 2MnSO 4 + K 2 SO 4 + 3H 2 O

CH 3 CHO + Br 2 + 3NaOH → CH 3 COONa + 2NaBr + 2H 2 O

реакция «серебряного зеркала»

C аммиачным раствором оксида серебра альдегиды окисляются до карбоновых кислот которые в аммиачном растворе дают соли аммония (реакция «серебрянного зеркала»):

CH 3 CH=O + 2OH → CH 3 COONH 4 + 2Ag + H 2 O + 3NH 3

CH 3 –CH=O + 2Cu(OH) 2 → CH 3 COOH + Cu 2 O + 2H 2 O

Муравьиный альдегид (формальдегид) окисляется, как правило, до углекислого газа:

5HCOH + 4KMnO 4 (изб ) + 6H 2 SO 4 → 4MnSO 4 + 2K 2 SO 4 + 5CO 2 + 11H 2 O

3СН 2 О + 2K 2 Cr 2 O 7 + 8H 2 SO 4 → 3CO 2 +2K 2 SO 4 + 2Cr 2 (SO 4) 3 + 11H 2 O

HCHO + 4OH → (NH 4) 2 CO 3 + 4Ag↓ + 2H 2 O + 6NH 3

HCOH + 4Cu(OH) 2 → CO 2 + 2Cu 2 O↓+ 5H 2 O

Кетоны окисляются в жестких условия сильными окислителями с разрывом связей С-С и дают смеси кислот:

Карбоновые кислоты. Среди кислот сильными восстановительными свойствами обладают муравьиная и щавелевая, которые окисляются до углекислого газа.

НСООН + HgCl 2 =CO 2 + Hg + 2HCl

HCOOH+ Cl 2 = CO 2 +2HCl

HOOC-COOH+ Cl 2 =2CO 2 +2HCl

Муравьиная кислота , кроме кислотных свойств, проявляет также некоторые свойства альдегидов, в частности, восстановительные. При этом она окисляется до углекислого газа. Например:

2KMnO4 + 5HCOOH + 3H2SO4 → K2SO4 + 2MnSO4 + 5CO2 + 8H2O

При нагревании с сильными водоотнимающими средствами (H2SO4 (конц.) или P4O10) разлагается:

HCOOH →(t) CO + H2O

Каталитическое окисление алканов:

Каталитическое окисление алкенов:

Окисление фенолов:

Из соединений марганца (VI) наиболее характерны марганцоватая кислота Н 2 MnO 4 и ее соли манганаты. И кислота, и ее соли

малоустойчивы. Например, зеленый раствор манганата калия по-

степенно становится фиолетовым вследствие превращения его в перманганат; одновременно выпадает гидрат двуокиси марганца:

Вследствие перемены окраски раствора манганат калия в XVIII веке назвали минеральным хамелеоном (анион MnO 2- 4 при­дает раствору темно-зеленую окраску).

Манганат калия может проявлять свойства как окислите­лей, что более характерно (реакция 1), так и восстановителей (реакция 2):

Из соединений семивалентного марганца первым рассматри­вают оксид марганца (VII) Mn 2 O 7 , известный под названием мар­ганцевого ангидрида. Это зеленая маслянистая жидкость. В сво­бодном состоянии его можно получить действием на перманганат калия концентрированной серной кислоты:

2KMnO 4 +H 2 SO 4 =K 2 SO 4 +Mn 2 O 7 +Н 2 О

При обычной температуре и в неподвижном состоянии это соединение сравнительно устойчиво, а при встряхивании или при нагревании выше 55°С разлагается с сильным взрывом:

2Mn 2 O 7 =4MnO 2 +3O 2

При взаимодействии с водой образует сильную марганцовую кислоту:

Mn 2 О 7 +Н 2 O=2НMnO 4

Mn 2 O 7 - один из сильнейших окислителей. Горючие вещест­ва при малейшем контакте с Mn 2 O 7 воспламеняются: 2Mn 2 O 7 +С 2 Н 5 ОН=4MnO 2 +2СO 2 +3Н 2 О

Марганцовая кислота НMnO 4 известна только в растворе, она довольно сильная кислота. Анион MnO - 4 придает раствору мали­ново-фиолетовый цвет. Так же как и Mn 2 O 7 , марганцовая кислота обладает ярко выраженными окислительными свойствами.

Соли марганцовой кислоты носят название перманганатов. Наиболее важным среди них является перманганат калия KMnO 4 .

Перманганат калия - кристаллическое вещество, раствори­мое в воде, его раствор имеет фиолетовый цвет, в быту называется «марганцовкой». Он широко применяется в аналитических опре­делениях и в лабораторной практике. В промышленности KMnO 4 используется для отбеливания некоторых волокон, для обработки древесины, для промывания газов, а также в медицине как дезин­фицирующее средство. Как и все соединения марганца (VII), яв­ляется сильным окислителем. В зависимости от среды раствора (кислая, нейтральная или щелочная) Mn +7 восстанавливается до разных степеней окисления. В кислой среде продуктом восстановления перманганата являются соли марганца (II) Mn 2+ , в ней­тральной среде, как правило, получается двуокись марганца MnО 2 , а в щелочной - соли марганцоватой кислоты Н 2 MnO 4:

При нагревании перманганаты разлагаются с выделением кислорода и поэтому иногда применяются в лабораториях для его получения:

2KMnO 4 =K 2 MnO 4 +MnO 2 +O 2 ­

Изучая свойства соединений марганца (см. табл. 32), которые весьма разнообразны в зависимости от степени окисления послед­него, можно заметить, что многие типичные для них реакции являются окислительно-восстановительными. Их поведение в окислительно-восстановительных реакциях подчиняется опреде­ленным правилам. Следует помнить, что:

1) Mn° и Mn +2 в окислительно-восстановительных реакциях ведут себя как восстановители;

Перманганат калия представляет собой темно-фиолетовые, почти черные кристаллы. При растворении в воде, в зависимости от концентрации, он дает раствор от бледно-розового до насыщенного фиолетового оттенка. В горячей воде KMnO4 растворяется лучше. Кристаллы вещества или сильно концентрированный раствор при попадании на кожу или слизистые могут вызвать ожоги.

Химические свойства перманганата калия

Перманганат калия – кислородсодержащая соль. Поскольку катиону K(+) соответствует сильное основание KOH, а аниону MnO4(-) – сильная марганцовая кислота HMnO4, соль KMnO4 не гидролизуется.

KMnO4 – сильнейший окислитель. Он легко окисляет многие неорганические и органические вещества. Продукты восстановления перманганата калия зависят от условий, в которых протекает реакция. Так, в кислой среде он восстанавливается до Mn(2+), в нейтральной – до MnO2, в щелочной – до MnO4(2-).

Например, если добавить калия K2SO3 к подкисленному фиолетовому раствору перманганата калия, он обесцветится, поскольку образуется соль Mn(II):

2KMnO4+5K2SO3+3H2SO4=2MnSO4+6K2SO4+3H2O.

Это качественная реакция на ион MnO4(-).

Как распознать оксид марганца(IV) MnO2

Оксид марганца(IV) MnO2 – одно из наиболее важных соединений этого металла. Это коричнево-черный оксид, нерастворимый в воде, главный компонент пиролюзита. Так же, как и KMnO4, MnO2 является сильным окислителем, что используется, к примеру, при получении хлора:

MnO2+4HCl=MnCl2+Cl2+2H2O.

Бурый осадок MnO2 выпадает при действии сульфита калия K2SO3 на нейтральный раствор перманганата. Степень окисления марганца при этом изменяется от +7 до +4:

2KMnO4+3K2SO3+H2O=2MnO2↓+3K2SO4+2KOH.

Восстановление перманганата до манганата в щелочной среде

В сильно щелочной среде, при большой концентрации щелочи, перманганат калия восстанавливается сульфитом калия до манганата K2MnO4:

2KMnO4+K2SO3+2KOH=2K2MnO4+K2SO4+H2O.

Фиолетовая окраска раствора при этом меняется на зеленую. Манганат калия – соединение марганца, устойчивое в щелочной среде.

Применение перманганата калия

Перманганат калия находит широкое применение как окислитель в химических лабораториях . 0,1% раствор используется в медицине и в быту для дезинфекции, полосканий, лечения ожогов, выведения токсинов.

Совет 2: Как провести качественную реакцию на непредельные углеводороды

Задания на определение веществ, относящихся к разным классам органических соединений – это достаточно распространенный вариант контроля знаний и умений по химии. Сюда можно отнести лабораторный опыт, задание из практической работы или теоретические вопросы с практической направленностью в контрольном тестировании.

Вам понадобится

• - прибор с собранным этиленом;
• - бромная вода или перманганат калия;
• - пробирки.

Инструкция

К непредельным углеводородам относится несколько классов органических соединений, а именно: алкены (), (), алкадиены (бутадиен-1,3). Их то, что они характеризуются наличием кратных (двойных или тройных) связей. На непредельные углеводороды существуют качественные реакции, благодаря которым есть возможность отличить от других классов.

Наиболее распространенным соединением непредельных является этилен, представляющий собой газообразное вещество. Учитывая, что это соединение не имеет ни цвета, ни характерного запаха, визуально идентифицировать его невозможно. Поэтому существует качественная реакция, позволяющая опытным путем определить его наличие. Этилен в своем составе имеет одну двойную связь. При вступлении его с другими веществами одна из связей разрушается и по месту разрыва происходит присоединение других атомов. Визуально это демонстрирует опыт на примере взаимодействия этилена с бромной водой или раствором перманганата калия (марганцовки).

Возьмите пробирку и налейте в нее 2-3 мл бромной воды, которая имеет бурую окраску. Опустите в нее газоотводную трубочку с потоком этилена. Через несколько минут увидите, что бромная вода обесцветилась. Этот опыт является подтверждением наличия непредельного углеводорода - этилена, который вступил в реакцию с бромом с образованием 1,2-дибромэтана.

В силу того, что бромная вода является крайне ядовитым веществом и в общеобразовательных учреждениях запрещена для опытов, ее можно заменить наиболее безопасным перманганатом калия. В быту он известен как марганцовокислый калий или марганцовка.

Возьмите небольшую колбу с водой, поместите с нее несколько кристалликов марганцовки и размешайте - раствор приобретет розовую окраску. Налейте в пробирку 4-5 мл полученного раствора марганца и пропустите через него поток этилена. В результате реакции раствор перманганата калия обесцветится. Это также является характерным показателем наличия непредельных углеводородов, к которому относится этилен. Аналогично идет реакция с алкинами и алкадиенами.

Видео по теме

Обратите внимание

При работе с бромной водой опыты можно проводить только в вытяжном шкафу в защитной маске, очках и перчатках.

Источники:

• качественная реакция на этилен

Совет 3: Какие реакции относятся к окислительно-восстановительным

Окислительно-восстановительные реакции играют важнейшую роль в организме человека. Без них невозможны обмен веществ и процессы дыхания. Большинство химических реакций в природе и промышленном производстве относятся к окислительно-восстановительным.

Прежде чем дать определение окислительно-восстановительным реакциям, необходимо ввести некоторые понятия. Первое из них - степень окисления. Это условный заряд, которым обладает каждый атом вещества. При суммировании степеней окисления всех атомов должен получиться нуль. Таким образом можно найти степень окисления любого атома, которое может принимать разные значения.

Окисление - это процесс отдачи атомом, а восстановление - присоединение электронов. Окислителем называется любое вещество, которое способно принимать электроны (восстанавливаться). Восстановителем называется любое вещество, способное отдавать электроны (окисляться).

Какие реакции относятся к окислительно-восстановительным?

Окислительно-восстановительные реакции приводят к изменению степеней окисления атомов веществ, которые вступают в реакцию. Окисление вызывает повышение степени окисления, а восстановление - понижение. В подобные процессы можно рассматривать как перемещение электрона от восстановителя к окислителю.

Существует несколько видов окислительно-восстановительных реакций:
1. В межмолекулярных реакциях атомы, меняющие степени окисления, находятся в одном и том же веществе. В можно привести реакцию получения серного газа из двуокиси серы.
2. Во внутримолекулярных реакциях атомы, меняющие степени окисления, находятся в разных веществах. Например: реакция разложения дихромата аммония.
3. Самоокисление или самовосстановление. В таких реакциях окислителем и восстановителем служит одно вещество.

Метод электронного баланса

Почти во всех уравнениях окислительно-восстановительных очень сложно подобрать коэффициенты, чтобы уравнять левую и правую часть. Для этого был изобретен простой и изящный метод электронного баланса. Суть его заключается в том, что количество отданных электронов всегда равно количеству принятых.

Состав марганцовки

В новом видеоуроке химии профессор Дмитрий Иванович расскажет о составе марганцовки (перманганата калия). Марганцовка или перманганат калия (КМnO4) используется в медицине, ветеринарии. Это вещество — одно из самых известных соединений металла, известного под названием марганца.

Как видно из формулы, состав марганцовки включает в себя калий, марганец и кислород. С виду марганцовка ничем не примечательна, — это тёмно-фиолетовое кристаллическое вещество, кристаллы которого имеют металлический блеск. Она хорошо растворима в воде и представляет собой сильный окислитель. Нагревание заставляет марганцовку разлагаться, высвобождая связанный кислород. Этим пользуются химики, если нужно получить чистый кислород.

Состав марганцовки делает её хорошим антисептическим средством. Контактируя с органикой перманганат калия начинает выделять атомарный кислород. При этом образуется окись марганца. Поэтому марганцовку используют при лечении ран. Состав марганцовки таков, что при её взаимодействии с некоторыми химическими веществами может произойти взрыв. Поэтому не следует смешивать это вещество с углём, танином или сахаром.

Введение

Вы зашли в аптеку, и на прилавке увидели небольшой пузырек с надписью "Перманганат калия". В голове тут же включилось мышление любопытного химика: что же это за вещество, для чего предназначено и какие свойства имеет? В общем, из аптеки вы уходите с твердым намерением узнать о нем побольше. Такова стандартная схема знакомства человека с перманганатом калия. Узнать-то вы хотите, но зачастую просто не находите (или не имеете возможности найти) нужную информацию. Сегодня я постараюсь ответить на все ваши вопросы, касающиеся данного соединения.

Определение

Перманганат калия является калиевой солью, источник остатка которой - марганцевая кислота. Иногда его могут назвать "марганцовокислым калием" или "марганцовкой".

Перманганат калия: физические свойства

Это вещество представлено темно-фиолетовыми кристаллами, имеющими металлический блеск. Они растворяются водой, ацетоном, жидким аммиаком, метанолом и пиридином. Чем больше температура воды, тем больше показатель растворимости перманганата калия в ней. А с ацетоном он взаимодействует только при условии, что числовое отношение этой жидкости к марганцовке равняется 100:2.

Перманганат калия: химические свойства

Если вы внимательно взглянете на периодическую систему Д.И.Менделеева, то увидите, что марганец имеет переменную валентность: II, IV и VI. И факторами приобретения того или иного показателя являются среды, в условиях которых находится перманганат калия. Реакции происходят в кислой среде - значит, эта соль получает валентность II, в нейтральной - IV, а в сильно щелочной - VI. Это можно доказать, соединив в разных условиях кристаллы марганцовки и, например, сульфита калия (это одна из солей сернистой кислоты). Итак, сначала кислотная среда. Высыплем эту порошкообразную смесь в серную кислоту. Последует реакция, продуктами которой станут сульфаты калия и двухвалентного марганца, а также вода. Далее рассмотрим поведение перманганата калия в нейтральной среде. Опустим вышеназванную смесь в воду. При данном взаимодействии образуются сульфат калия, оксид четырехвалентного марганца и гидроксид калия. И, наконец, щелочная среда. Пусть уже известная нам смесь (марганцовка + сульфит калия) встретится с тем же основанием (калиевым щёлоком). Продукты этой реакции: вода, сульфат калия и манганат того же металла. В последней соли марганец имеет валентность VI. Взаимодействие чистого перманганата калия и концентрированной серной кислоты (а также сахарозы, глицерина (фото), танинов и других органических веществ) сопровождается взрывом, однако его аккуратное соединение с холодной кислотой дает продукты, представленные водой, гидросульфатом калия и неустойчивым оксидом семивалентного марганца.

Получение перманганата калия

Его получают химическим или электрохимическим окислением веществ, которые содержат марганец, а также диспропорционированием манганата калия.

Применение

Наиболее широкое распространение эта соль получила в медицине. Ее раствором полоскают горло, промывают раны и обрабатывают ожоги, также это хороший антисептик. Марганцовка необходима как рвотное средство, которое принимают внутрь, когда получают отравление некоторыми алкалоидами (например аконитином, морфином и т.п.). Однако следует учитывать, что чистый перманганат калия смертельно опасен для человека, и поэтому перед принятием даже его раствора перорально или внутрь следует обсуждать концентрацию, дозировку и возможность появления аллергических реакций со своим лечащим врачом. Но данная соль находит применение и во многих других отраслях: например, в тонировании фотографий, выведении татуировок, очищении лабораторной посуды от жира или любого другого органического соединения и т.д.

Заключение

Вот сколько интересных и необычных свойств имеет, казалось бы, обычная марганцовка. Как видите, эта соль является незаменимым помощником человека, но только при аккуратном обращении с ней.